آبشکن ها با هدایت جریان به سمت محور رودخانه، باعث تغییر در الگوی جریان و رسوب شده و نقش بسزایی را در حفاظت از کناره ها ایفا می کنند. این موضوع در قوس رودخانه اهمیت بیشتری پیدا می کند؛ چرا که با توجه به اثر جریان-های ثانویه در قوس، میزان فرسایش و محدوده آن افزایش می یابد. در این تحقیق، ابتدا با استفاده از مدل عددی cche2d، الگوی جریان و رسوب حول آبشکن در قوس 180 درجه شبیه سازی عددی شده است و در نهایت نتایج با استفاده از مدل فیزیکی صحت سنجی شده اند. شبیه سازی ها در یک فلوم با r/b=4.7 از جنس پلاکسی گلاس انجام شده است. طول آبشکن ها 8، 10 و 12 سانتی متر و موقعیت قرارگیری آن ها در زوایای 30، 90 و 170 درجه قوس می باشد. دبی های به کار رفته در این پروژه 20، 24 و 28 لیتر بر ثانیه است. برای شبیه سازی جریان از مدل های آشفتگی k-?، طول اختلاط و لزجت گردابی استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که مدل طول اختلاط نسبت به مدل لزجت گردابی دارای توانایی بیشتری در شبیه سازی جریان در قوس می باشد. طبق نتایج به دست آمده، بیشترین فرسایش مربوط به موقعیت 170 درجه قوس می باشد. ناحیه گردابی پایین دست آبشکن نیز به خوبی شبیه سازی شد. حداکثر سرعت در راستای آبشکن، در یک سوم میانی فلوم می باشد و بحرانی ترین موقعیت قوس نیز در حالت بدون آبشکن، در محدوده 160 تا 180 درجه مشاهده شد که بیشترین فرسایش و رسوب گذاری در این ناحیه رخ می دهد. با مشاهده تمام نتایج به دست آمده از cche2d مربوط به عمق حداکثر آبشستگی و مقایسه آن با نتایج مدل فیزیکی، می توان دریافت که cche2d برای تخمین عمق چاله آبشستگی در پروفیل عرضی بستر در راستای آبشکن، مناسب می باشد.

جریان جت ها به طور کلی به دو دسته جریان آزاد و جریان مستغرق تقسیم بندی می شود. در جریان مستغرق، سیال جت به سیالی از جنس خود تزریق می گردد که چنانچه دارای دانسیته متفاوتی نسبت به سیال پیرامون باشد جریان جت مستغرق غلیظ را بوجود می آورد. یکی از راههای سریع برای رقیق نمودن آلودگی هایی که به رودخانه ها یا دریاها می ریزند استفاده از جتهای مستغرق متلاطم است که می تواند در فاصله زمانی نسبتاَ کوتاهی مقدار زیادی آب و جریان آلودگی را به علت شرایط تلاطمی بالای خود مخلوط نموده و اثرات آن را سریعاً کاهش دهد. رفتار جت های متلاطم به عوامل متعددی بستگی دارد که عبارتند از پارامترهای جت، پارامترهای محیطی، پارامترهای هندسی. در این تحقیق عوامل موثر بر جریان جت مستغرق تخلیه شونده به منابع آب پذیرنده ساکن مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، کلیه پارامترهای جت، پارامترهای محیطی و پارامترهای هندسی موثر بر جریان جت های دایره ای مستغرق، بررسی و با استفاده از آنالیز ابعادی روابط بدون بعد مربوطه استخراج شد. برای بررسی چگونگی ارتباط بین این پارامترها یک مدل فیزیکی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهید چمران اهواز ساخته شد و آزمایش های مختلف در هندسه و جریان غلیظ متفاوت جت به طور مجموع با 215 آزمایش انجام گردید. در این راستا خصوصیات مهم توسعه جریان جت که شامل طول اختلاط یا طول شناوری مثبت (x)، حداکثر طول مرز بالایی (xmax) و حداکثر طول مرز پایینی (xmin) است، بررسی شده است. از طرفی با استفاده از سیستم سرعت سنج uvdp با دستگاه dop2000 پروفیل های سرعت در مقاطع مختلف از جت اندازه گیری شده و الگوی جریان جت بررسی شده است. پروفیل های سرعت اندازه گیری شده با روابط تئوری توزیع نرمال گوسین مقایسه و مشخص شد کلیه پروفیل های سرعت اندازه گیری شده از تابع گوسین پیروی می کنند. اندازه گیری های سرعت و غلظت در مکان های مختلف از جت نهایتاً مشخص نمود که داده های اندازه گیری شده با نتایج تئوری تطابق خوبی دارد. بر اساس نتایج بدست آمده برای کلیه آزمایش های انجام شده مشخص گردید، با افزایش غلظت از 15 به 30 گرم بر لیتر در کلیه آزمایش ها عدد شناوری تا حدود 90 درصد افزایش نشان داده است. همچنین با افزایش غلظت از 30 به 50 گرم بر لیتر این پارامتر تا حدود 75 درصد افزایش یافته است. این در حالی است که برای افزایش غلظت از 50 به 200 گرم بر لیتر میزان افزایش پارامتر شناوری به طور متوسط به بیش از 8 برابر رسیده است. بر اساس نتایج مشخص گردید که برای کلیه سرعت های ورودی جت، با افزایش زاویه همگرایی توسعه منحنی تراژکتوری افزایش می یابد؛ به طوری که، مقدار توسعه جریان که طول اختلاط پارامتر اساسی آن است، در حدود 25 تا 30 درصد برای تغییر زاویه همگرایی از 15 به 90 درجه افزایش می یابد. نتایج حاصل از این تحقیق با استفاده از تحلیل آماری نشان داد که رابطه غیر خطی با دقت قابل قبولی بین پارامترهای توسعه جریان جت با عوامل موثر بر آن شامل زاویه همگرایی، عدد فرود دنسیمتریک و عدد هندسه جت بر قرار است. طول اختلاط و یا طول شناوری مثبت به عنوان یکی از روابط مهم توسعه جریان جت بر اساس پارامترهای موثر، به صورت زیر است: بر اساس محاسبات rmse معادلات توسعه جریان جت با دقت قابل قبولی (در حدود 85/0) قادر به پیش بینی جریان می باشند. همچنین آنالیز حساسیت معادلات توسعه یافته با استفاده از تکنیک دیفرانسیلی انجام و نتایج آن به صورت نمودار ارائه گردید. بر اساس نتایج بدست آمده ضریب انتشار جت به طور متوسط از غلظت های کم به زیاد افزایش می یابد. این در حالی است که مقدار متوسط آن برای غلظت 15 گرم بر لیتر، 121/0 برای غلظت 30 گرم بر لیتر 135/0، برای غلظت 50 گرم بر لیتر 153/0 و برای غلظت 200 گرم بر لیتر 195/0 برآورد گردید. بر اساس نتایج کلیه آزمایش ها با استفاده از نرم افزار آماری spss مدل های آماری مختلفی برای پیش بینی طول هسته پتانسیل مورد آزمون و خطا قرار گرفت که مدل غیر خطی به عنوان بهترین مدل معرفی شد و به روش rmse دقت رابطه مربوطه برابر با 851/0 برآورد شد. همچنین در خصوص عرض پخشیدگی غلظت جریان با استفاده از پروفیل های برداشت شده غلظت مشخص گردید که مقدار ضریب مربوط به انتشار غلظت، در این تحقیق در حدود 25/1 می باشد. مدل ریاضی flow-3d برای شبیه سازی برخی از آزمایش های این تحقیق مورد استفاده قرار گرفت که با استفاده از مدل تلاطمی ??? شبیه سازی صورت پذیرفت. بر اساس نتایج شبیه سازی ریاضی مشخص شد که با افزایش 66 درصدی غلظت طول خط مرکزی تراژکتوری 17 درصد و برای افزایش غلظت 30 به 200 گرم بر لیتر این طول 42 درصد کاهش یافته است. این محاسبات و شبیه سازی ها با نتایج مدل فیزیکی مقایسه گردید. بر اساس بررسی های به عمل آمده مدل ریاضی flow-3d نتایج پارامترهای کلی منحنی های پایین افتادگی را نسبت به نتایج بدست آمده از مدل فیزیکی برای تاثیر غلظت، کمتر نشان می دهد. به صورت کمی اختلاف بین نتایج flow-3d با نتایج مدل فیزیکی برای بررسی اثر غلظت بین این پارامترها بین 12 تا 33 درصد کمتر می باشد. با افزایش غلظت و کاهش عدد فرود دنسیمتریک، اختلاف بین نتایج مدل ریاضی و مدل فیزیکی کاهش می یابد. به طوریکه برای غلظت 200 گرم بر لیتر اختلاف نتایج به 12 درصد، برای غلظت 50 گرم بر لیتر 22 درصد و برای غلظت 30 گرم بر لیتر این اختلاف به طور متوسط به 33 درصد می رسد. همچنین مشخص گردید که تا طول معیار، نتایج مدل ریاضی و فیزیکی به یکدیگر نزدیک بوده به طوریکه برای غلظت های بالاتر نیز مدل ریاضی به خوبی منطبق بر نتایج مدل فیزیکی است. مطابق با یافته های این تحقیق، در فاصله حدود 2/21برابر طول معیار جریان جت به پلوم تبدیل شده که در بخش ناحیه نزدیک جت نتایج مدل ریاضی با مدل فیزیکی تطابق بسیار خوبی داشته و پس از آن در ناحیه دور از جت اختلاف بین مدل ریاضی با مدل فیزیکی بیشتر شود. بر اساس نتایج بدست آمده با استفاده از flow-3d مشخص شد، با افزایش زاویه همگرایی از 15 به 90 درجه به طور کلی پارامترهای توسعه جریان جت که شامل طول اختلاط نیز می شود، بین 8 تا 17 درصد افزایش می یابند؛ این در حالی است که اعداد بزرگتر مربوط به غلظت های کمتر بوده که در آن تاثیر زاویه همگرایی بیشتر می باشد. همچنین در یک غلظت ثابت با افزایش سرعت اولیه ورودی جت، تاثیر زاویه همگرایی افزایش می یابد. بررسی های انجام شده برای کلیه شبیه سازی ها نشان می دهد که مدل ریاضی بین 7 تا 32 درصد خصوصیات و پارامترهای مهم توسعه جریان جت را کمتر پیش بینی می نماید؛ به طوری که با افزایش غلظت جریان میزان اختلاف کمتر می گردد.

: در دهه های اخیر شناخت تکنولوژی جدید ساخت سد ها با کاربرد مصالح بتن غلطکی (rcc) توسعه و توجه به سرریز پلکانی را به منظور استهلاک انرژی جریان بیشتر کرده است. با تحلیل و شناخت عملکرد هیدرولیکی جریان، تعیین میزان افت انرژی و طراحی مناسب سرریز میسر می گردد. امروزه روش های عددی ابزاری کارامد جهت پردازش پیچیدگی های جریان اغتشاشی می باشد. به همین سبب نرم افزار های تخصصی دینامیک سیالات محاسباتی cfd به وجود آمده اند که امکان استفاده از روش های عددی توسط محققین مهیا شده است. در این پژوهش مدل سازی جریان بر روی سرریز پلکانی با استفاده از روش عددی اجزاء محدود در محیط نرم افزار ansys صورت گرفته است. از آنجا که جریان بر روی سرریز آشفته است، جهت حل جریان های اغتشاشی مدل nke مورد استفاده قرار گرفته و برای تعیین سطح آزاد جریان روش vof به کار رفته است.در نهایت با استفاده از نتایج حاصل از مدل سازی جریان، پارامتر های هیدرولیکی و هندسی موثر بر استهلاک انرژی جریان بر روی سرریز های پلکانی از جمله دبی جریان، ارتفاع پله ها، تعداد پله ها، شیب سرریز مورد بررسی قرار می گیرند. در ادامه به دلیل توانایی این نرم افزار در تهیه پروفیل جریان بر روی سرریز به بررسی و تشخیص رژیم های جریان پرداخته شده است و نتایج حاصل از تحلیل با داده های آزمایشگاهی مقایسه می شود. نتایج حاصل از مدل سازی نشان می دهد که با افزایش دبی جریان در تمام تعداد پله ها از میزان افت انرژی نسبی در طول سرریز کاسته می شود. همچنین با افزایش زیاد تعداد پله ها بر روی سرریز میزان افت انرژی نسبی کاهش می یابد. زیرا با افزایش تعداد پله ها و کاهش ارتفاع پله در واقع اندازه گردابه های درون پله ها کاهش می یابد و پله ها به طور کامل در زیر جریان رویه ای مستغرق می گردد. با بررسی تاثیر شیب سرریز بر افت انرژی مشخص گردید که با افزایش شیب سرریز، حداکثر افت انرژی افزایش می یابد. نتایج حاصل از تحلیل عددی و آزمایشگاهی دارای ضریب همبستگی 876/0 می باشد. و شیب خط رگرسیون در این رابطه برابر با 157/1 می باشد. در حالی که ضریب همبستگی و شیب خط رگرسیون میان رابطه چانسون و نتایج آزمایشگاهی به ترتیب برابر با 842/0 و 493/1 می باشد. روش عددی دقت بالاتری نسبت به رابطه تجربی چانسون دارا می باشد. این میزان معادل 57/60 درصد تخمین زده شده این میانگین برای داده های آزمایشگاهی 56/53 درصد اندازه گیری شده است و میزان میانگین افت برای فرمول چانسون 3/78 درصد بدست آمده است. لذا اختلاف خروجی نرم افزار نسبت به داده های آزمایشگاهی برابر با 2/11 درصد و اختلاف فرمول چانسون با داده های آزمایشگاهی برابر با 84/35 درصد براورد شده است.

حوضچه های ترسیب یکی از مهم ترین و عمومی ترین روشهای حذف رسوبات معلق اضافی در ابتدای شبکه های آبیاری ، تاسیسات تصفیه آب و فاضلاب و کانالهای منتهی به توربین های تولید برق است. طراحی این سازه بر مبنای افزایش مساحت سطحی برای کاهش سرعت جریان و ترسیب رسوبات با نیروی ثقل می باشد. طراحی مناسب این سازه با توجه به هزینه های بالای لایروبی ، کاهش ظرفیت انتقال آب کانالهای شبکه آبیاری در اثر رسوبگذاری و همچنین هزینه بالای احداث این سازه در تاسیسات تصفیه آب و فاضلاب ضروری است. اهداف این مطالعه شامل بررسی اصلاح پیکربندی حوضچه های ترسیب با بکارگیری صفحات کفی آرام کننده ی جریان با استفاده از مدل فیزیکی ، ارزیابی روشهای کاربردی طراحی حوضچه های ترسیب با روشهای آماری و مطالعه عملکرد تکنیک روندیابی ذرات در پیش بینی راندمان حذف با مدل ریاضی fluent می باشد. اندازه گیری های آزمایشگاهی در فلومی مستطیلی به طول m 8 ، عرض 0.3 و ارتفاع 0.4 متر و با ایجاد ترکیبی از سه تعداد و سه ارتفاع صفحات کفی و تغییرات دبی جریان ، غلظت ورودی و عمق آب صورت پذیرفت. نتایج این مشاهدات آزمایشگاهی نشان می دهد که : - ارتفاع بهینه صفحات کفی آرام کننده ی جریان برابر با 20 درصد عمق آب در حوضچه ترسیب است. - آرایش 11 تایی صفحات کفی آرام کننده ی جریان عملکرد بهتری نسبت به تعداد کمتر این صفحات دارد. - عملکرد صفحات کفی آرام کننده ی جریان با افزایش دبی جریان و غلظت ورودی محسوس تر و باعث افزایش بیشتر راندمان حذف می گردد. همچنین مقایسه روشهای کاربردی طراحی حوضچه های رسوبگیر با داده های آزمایشگاهی مطالعه حاضر و داده های صحرایی مطالعات قبلی بر مبنای خط بهترین تطابق و خطای استاندارد نشان می دهد که روشهای جین و همکاران (2005) و کاوشنیکو (1997) تخمین های مناسبی از راندمان حذف ارائه و برای طراحی این سازه توصیه می شوند. شبیه سازی ریاضی میدان جریان در حوضچه های ترسیب با استفاده از نرم افزار fluent بصورت دو و سه بعدی و با لحاظ مدل تلاطم انجام شد. پس از صحت سنجی میدان سرعت محاسباتی با مقادیر اندازه گیری شده آزمایشگاهی ، راندمان حذف با تکنیک روندیابی ذرات محاسبه و حساسیت این روش به پارامتر های ورودی وحل کنترل گردید. نتایج این ارزیابی نشان می دهد که : - بکارگیری قطر متوسط برای معرفی ذرات ورودی در روش روندیابی ذرات ، باعث تخمین های بالا و غیر واقعی از راندمان حذف می شود ولی استفاده از روش توزیع ذرات رازن – راملر برای معرفی ذرات باعث پیش بینی های مناسب راندمان حذف می گردد. - با توجه به تصادفی بودن روش روندیابی ذرات ، تعداد حداقل مناسب تکرار اجراها برای متوسط گیری 50 بار می باشد. - در شبیه سازی سه بعدی منا سب ترین محل برای تزریق رسوبات در تکنیک روندیابی ذرات ، خط وسط عمودی در ابتدای حوضچه رسوبگیر می باشد. همچنین بررسی معیارهای تعلیق دوباره ذرات و تنش برشی بحرانی محاسباتی با شبیه سازی سه بعدی جریان مشخص می کند که معیار عمومی مساحت سطحی به تنهایی برای طراحی این سازه کافی نیست ، زیرا در بعضی موارد با کاهش عرض حوضچه ترسیب برای یک مساحت سطحی ثابت، فرسایش رسوبات و تعلیق دوباره ذرات ایجاد می شود.

هدف از تحلیل پایداری شیروانی ها ارزیابی ایمنی و عملکرد یک شیب حفر شده یا خاکریزی شده مانند گوره ها و شرایط تعادل یک شیب طبیعی می باشد. اهداف اصلی این پایان نامه بررسی و یافتن روشی برای تعیین پارامترهای مقاومت برشی بسیج شده در هنگام لغزش براساس تحلیل برگشتی، مقایسه ای بین روش های تعادل حدی و روش تنش، کرنش براساس فاکتور اطمینان و با استفاده از نرم افزار geo slope می باشد. بدین منظور مطالعه موردی بر روی شیروانی دایک احداث شده در دو طرف رودخانه دز از نقشه های اجرایی دایک احداث شده استفاده شده. جهت ساختن مدل زمین شناسی و تعیین خواص فیزیکی و ژئوتکنیکی مصالح تشکیل دهنده گوره ها، بررسی های زمین شناسی و ژئوتکنیکی انجام پذیرفت. براساس داده های ژئوتکنیکی به دست آمده و ابعاد دایک حفاظتی و با توجه به رقوم پیزومتریکی و تراز آب در اطراف دایک با نرم افزار hecras تعیین سطح لغزش به بررسی پارامترهای بسیج شده براساس روش تعادل حدی با نرم افزار geo slope5 پرداخته شد. برای تحلیل تعادل حدی نیز از همین نرم افزار استفاده گردید.نتایج این تحقیق نشان می دهد که هندسه شیروانی تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی پارامترهای برشی بسیج شده در هنگام لغزش دارد. همچنین پارامترهای مقاومت برشی بسیج شده در هنگام لغزش متاثر از سطح پیزومتریک هستند. بنابراین با داشتن هندسه شیروانی، مدل زمین شناسی منطقه و سطح پیزومتریک می توان پارامترهای مقاومت برشی در هنگام لغزش را تعیین نمود. در مقایسه بین روش عددی و روش تعادل حدی بر مبنای فاکتور اطمینان مشخص گردید که فاکتور اطمینان در دو روش تفاوت زیاد محسوسی ندارد ولی فاکتور اطمینان در روش عددی بالاتر می باشد. به بررسی وضعیت شیروانی پرداخت و در بین روش های احتمالاتی روش شبیه سازی مونت کارلو بهترین روش می باشد که با استفاده از نرم افزار geo slope انجام گرفته. مطالعه شیروانی مورد نظر نشان داد که گوره ها مورد نظر پایدار می باشد.

بررسی رفتار و خصوصیات هیدرولیکی جریان بر روی سرریز سد، از پدیده های پیچیده است که گاهاً با صرف هزینه و وقت زیاد تواَم می باشد. در بررسی این پدیده، تکنیکهای متفاوتی متناسب با اهدافی که بررسی برای آن صورت می گیرد قابل اعمال می باشد. تهیه مدل فیزیکی، استفاده از تجربیات کارشناسی، کاربرد مدلهای ریاضی درشبیه سازی خصوصیات جریان در حالت یک بعدی، دو بعدی و سه بعدی از جمله تکنیک ها و روشهایی است که در بررسیها مورد استفاده قرار می گیرد. امروزه دسترسی به برنامه های دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) و کامپیوترهای پیشرفته و مجهز، باعث افزایش روز افزون کاربرد روشهای عددی در تجزیه و تحلیل جریان سیال شده است. یکی از نرم افزارهای عرضه شده در زمینه cfd، نرم افزار flow3d بوده که قابلیت تحلیل دو و سه بعدی میدان جریان را دارا می باشد. توانایی این برنامه مدل سازی سرعت و فشار و عمق بر روی سازه ها نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این نرم افزار از روش حجم محدود (finite volume) برای حل معادلات میانگین رینولدزی ناویر- استوکس (rans) استفاده می کند. سطح آزاد در این مدل به روش حجم سیال (vof) محاسبه می گردد. در مطالعه حاضر با استفاده از مدل flow3d، هیدرولیک جریان بر روی سرریز سد بالارود به ازاء 4 دبی 7/66، 9/85 ،160 و 3/190 لیتر بر ثانیه شبیه سازی شده و پارامتر های عمق، فشار، سرعت، عدد فرود، ضریب خوردگی و انرژی بر روی سرریز محاسبه و با داده های مدل فیزیکی سرریز سد بالارود که با مقیاس 1:40در آزمایشگاه مدل فیزیکی دانشکده مهندسی علوم آب احداث و پارامترهای فوق بر روی آن اندازه گیری شده بود، مقایسه گردید. بهینه سازی دیواره های هدایت سرریز اولین قدم در این تحقیق به شمار می رود. بهینه سازی هم به صورت کمی(دبی-اشل) و هم به صورت کیفی(مشاهده ی الگوی جریان) انجام شد که در نهایت دیواره ی هدایت شماره3 با مشخصات طول مستقیم 1/0متر ، شعاع انحنای 4/0 متر و زاویه ی قوس 110 درجه به عنوان بهترین گزینه انتخاب شد. نتایج تغییرات پارامترهای اندازه گیری شده در قالب جداول و نمودارها و تغییرات اعداد بی بعد مورد نظر در قسمت طول سرریز ارائه گردیده است. الگوی جریان آب در طول محور سرریز متاثر از تبدیل در مدخل سرریز و شکل و ابعاد پایه-های پل می باشد. در این رابطه می توان به تشکیل موج های لوزی شکل که در طول تنداب ایجاد می شود، اشاره کرد که در منحنی-های مربوطه آشکار می باشد. حداکثر سرعت جریـان آب در دبی 3/190 لیتر بر ثانیه و در? ?محل پرتابه جامی رخ داده و برابر 246/3 متر بر ثانیه میباشد. حداکثر مقدار عدد فرود جریان برابر 12/3 مـیباشـد که در دبـی? ?160 لیتر بر ثانیه به وقوع پیوسته است. حداقل ضریب خوردگی محاسبه شـده برابـر 665/0= ? ?? مـیباشـد و در دبـی? ?3/190 لیتر بر ثانیه و سپس 672/0= ? ?? در دبی160 لیتربر ثانیه، در محل مقعر پرتابه رخ میدهد. با توجـه بـه ضـریب خـوردگی ?محاسبه شده و ضریب خوردگی بحرانی که برابر 25/0=? ?میباشد، احتمال رخ دادن پدیده ی خوردگی در طول پرتابه وجـود? ?ندارد. نتایج حاصل از عمق و فشار در مدل flow3d و مدل فیزیکی در طول سرریز در بسیاری نقاط بر هم منطبق می باشد ولی در مورد سرعت نتایج مدل عددی و فیزیکی متفاوت می باشد که علت تفاوت می تواند در نحوه برداشت داده های سرعت در دو مدل باشد.

امروزه مفهوم بهینه سازی بعنوان یک مفهوم زیر بنایی در تحلیل بسیاری از مسائل پیچیده تصمیم گیری یا تخصیص کاملاً پذیرفته شده است. با به کارگیری فلسفه بهینه سازی، می توان یک مسأله پیچیده تصمیم گیری مشتمل بر تعیین مقادیر برای چند متغیر مرتبط با یکدیگر را با تمرکز بر روی هدف یگانه ای که جهت اندازه گیری و سنجش کمی و کیفی تصمیم طرح می شود، بررسی کرد. این هدف یگانه با توجه به قیودی که انتخاب مقادیر متغیرهای تصمیم گیری را محدود می کند ماکزیمم (یا مینیمم مطابق فرمولبندی تصمیم) می شود. در برخورد با یک مسئله تصمیم گیری پیچیده، به ندرت می توان همه پیچیدگی های موجود در ارتباط بین متغیرها، قیود و اهداف مناسب را به طور کامل مشخص کرد. بنابراین هر فرمولاسیون بهینه سازی خاص، مانند همه تکنیکهای تحلیلی کمی، باید فقط بعنوان یک تقریب درنظر گرفته شود. در مورد سیستم های ذخیره و منابع آب با توجه به چند منظوره بودن بهره برداری سیستم عموماً تصمیم گیری نیازمند استفاده از مدلهای شبیه سازی می باشد. که این مدلها بر اساس تکنیکهای ریاضی خاص مبتنی هستند. لذا ابتدا فرمولبندی سیستم ضروری است. در مدیریت منابع آب اهداف شامل، تولید انرژی برق آبی، تأمین آب کشاورزی، تأمین آب شرب، ایجاد محیط تفریحی، پرورش ماهی، کنترل سیلاب و ....است که محدودیتهایی نظیر معادلات پیوستگی، حداقل و حداکثر خروجی، ظرفیت نیروگاهها و محدودیتهای زیست محیطی در برابر اهداف وجود دارند. پس از مشخص شدن اهداف و محدودیتهای سیستم، یک روش ریاضی جهت بدست آوردن جواب استفاده میشود. در این قسمت تکنیکهای ریاضی حل مسائل بهینه سازی مرور می گردد. با توجه به وجود اهداف مختلف و متعدد در ساخت سد نظیر تأمین آب کشاورزی، تولید انرژی برق آبی، تأمین آب شرب، کنترل سیلاب و اهداف دیگر، تعیین اولویت در بهره برداری سیستم توسط مدیریت آن صورت می گیرد. در میان مجموعه اهداف برخی از آنها در مقابل دیگر اهداف می باشند. به گونه ای که سیستم با تأمین بهینه بعضی از اهداف از بهینه مقدار برخی دیگر فاصله خواهد گرفت. مدیریت سیستم به جهت دستیابی به مقدار بهینه همزمان اهداف مختلف ملزم به شناخت و تعریف اهداف مختلف و تعیین درست و منطقی محدودیتهای سیستم می باشد. با توجه به مشخصات سد، حوزه آبریز و همچنین شبکه آبیاری آن و سیاستهای اتخاذ شده توسط مدیریت بهره برداری سیستم مدل برنامه ریزی خطی تصادفی تشریح شده جهت مدیریت بهره برداری سد برای جیرفت کالیبره می شود. در این فصل مقادیر واقعی پارامترهای موجود در مدل جایگزین می شود و مدل با توجه به ابعاد سد و سیاستهای بهره برداری و شرایط حوزه آبریز آماده برای حل می گردد و این شرایط در تابع هدف و همچنین در قیود اعمال می شود.

چکیده در سازه های اندازه گیری جریان با مقطع کنترل، بین عمق و دبی رابطه ای ایجاد می شود که این رابطه مبنای محاسبه دبی است. به دلیل انحنای خطوط جریان در سازه های اندازه گیری، و ایجاد ناحیه جدایی در برخی از این سازه ها، در این سازه ها افت انرژی وجود دارد. بنابراین افت انرژی سازه های اندازه گیری جریان آب یکی از محدودیت های طراحی آنها به شمار می رود. یکی از سازه های ساده ای که برای اندازه گیری جریان پیشنهاد گردیده است سرریز های لبه پهن مستطیلی می باشند. ساختار ساده، نصب آسان و هزینه ساخت اندک از مزایای این مدل ها محسوب می شود. همانطور که گفته شد یکی از مسائل عمده ای که باعث ایجاد افت در اینگونه سرریز ها می شود ایجاد منطقه جداشد گی در اثر آستانه ورودی قائم در روی تاج سرریز است. بررسی تحقیقات انجام شده نشان می دهد که تا کنون کمتر به بررسی اثر پارامترهای موثر در از بین بردن این ناحیه صورت گرفته است. یکی از راه هایی که می تواند جهت مقابله با این مشکل بکار رود ایجاد زبری بر روی سطح این سازه است. لذا به منظور بررسی اثر زبری سرریز بر ضریب دبی عبوری آزمایشات متعددی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهید چمران اهواز صورت پذیرفت. در این تحقیق 7 مدل فیزیکی متفاوت که دارای تعداد ردیفهای زبری متفاوت و یک مدل بدون زبری به عنوان مدل شاهد مورد آزمایش قرار می گیرد.مدل سرریز به کار رفته از جنس پلکسی گلاس و ابعاد10×30×35سانتی متر بوده واز بلوکهایی سنگی به صورت ذوزنقه ای با ابعاد2×5/2×2 سانتی متربه عنوان زبری مصنوعی استفاده شده است.از هر مدل 3 دبی از 15 ،21و27 لیتر بر ثانیه عبور داده شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که وجود زبری منجر به کاهش ضریب دبی و ابعاد ناحیه جداشدگی جریان بر روی سرریز میشود.

در این تحقیق، روشی جهت بهینه سازی پارامترهای هندسی سرریز پلکانی ارائه گردید. بدین منظور بااستفاده از داده های مدل آزمایشگاهی (جمعاً 275 آزمایش). و استفاده از نرم افزار آماری قوی weka و نرم افزار matlab فرمولی جهت پیش بینی مقدار استهلاک انرژی بدست داد. که این فرمول به عنوان تابع هدف به الگوریتم ژنتیک داده شد. بادادن پارامتر yc/hdam که هم دبی و هم کل ارتفاع سد را در بر دارد و مقدار استهلاک انرژی مطلوب به برنامه، این برنامه به بهینه سازی توسط الگوریتم ژنتیک پرداخته و مقدار بهینه تعداد، طول و عرض پله را به دست می دهد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهند که: 1- با افزایش دبی مقدار استهلاک انرژی ماکزیمم کاهش می یابد.2- با افزایش شیب سر ریز در دبی ثابت تعدا پله ی بهینه برای استهلاک انرژی مساوی افزایش می یابد.3- با افزایش تعداد پله ها تا حد معینی، افت انرژی نسبی در سرریزها افزایش می یابد ، اما اگر این تعداد از حد معینی تجاوز کند (که این حدود در تحقیقات چانسون و راجاراتنام نیز آمده است ) اثر مثبت آن از بین می رود زیرا با افزایش تعداد پله ها و کاهش ارتفاع پله ها در واقع اندازه زبری کاهش یافته و پله ها زودتر در زیر آب مستغرق شده و در نتیجه اثر زبری آنها کاهش می یابد ، در ضمن جریان های چرخشی کوچکتری نیز در زیر بستر کاذب ایجاد می شود که در نتیجه اثر آنها را کاهش می دهد.

آبشستگی پایین دست سرریز سدها از جمله سرریزهای فلیپ باکت موجب ناپایداری سد می شود.این پدیده بسیار پیچیده است و عوامل شناخته و نا شناخته متعددی بر آن اثر گذار می باشد. لذا پیش بینی و تخمین ابعاد آن مشکل است و موضوعی برای تحقیق توسط اهل فن شده است.شبکه عصبی مصنوعی و فازی از جمله تکنیک هائی هستند که در دهه های اخیر جهت شبیه سازی بسیاری از پدیده ها مورد توجه محققین قرار گرفته اند.در این پایان نامه از این گونه شبکه ها جهت شبیه سازی پدیده آبشستگی استفاده شده است.بدین منظور اطلاعات مورد نیاز گردآوری از مدل فیزیکی سرریز فلیپ باگت مومنی (1380) جهت آموزش شبکه عصبی مصنوعی (bp) و فازی (sugen) استفاده گردید. سپس با استفاده از بخش دیگری از اطلاعات اندازه گیری شده مبادرت به پیش بینی ابعاد آبشستگی پایین دست سرریز فلیپ باگت مدل فیزیکی شد و نتایج حاصله با مقادیر مشاهداتی مقایسه گردیدند و نشان داده شده است که شبکه فازی –عصبی از شبکه عصبی مصنوعی دقیق ترمی باشد.

پل ها سازه های ارتباطی مهمی هستند که پایه های آن ها تغییراتی در الگوی جریان و رسوب درون رودخانه ایجاد می کنند. از آن جمله، تشکیل گردابه ها در اطراف پایه پل و آبشستگی موضعی در اطراف پایه می باشد. یکی از راه های کاهش عمق آبشستگی موضعی در اطراف پایه پل، ایجاد شکاف در پایه، در مسیر جریان می باشد. هدف از مطالعه حاضر، شبیه سازی عددی جریان آب حول تک پایه، بررسی الگوهای مختلف جریان در اطراف پایه، اثر شکاف ایجاد شده در پایه در میزان تنش برشی، قدرت گردابه ها، سرعت و عمق آبشستگی ایجاد شده در بستر و همچنین تاثیر آن بر روی مقادیر مربوط به ضرائب نیرو و تعیین بهترین هندسه و محل جایگذاری شکاف نسبت به بستر جریان در شرایط آب زلال با استفاده از مدل ansys می باشد. این مدل به صورت steady اجرا شد و در کلیه حالات، زاویه برخورد آب با پایه، صفر درجه می-باشد. همچنین آنالیز برای جریان با دو سرعت 6/0 و 8/1متر بر ثانیه، به اجرا گذاشته شد. نتایج بدست آمده از آنالیز ها حاکی از آن بود که: در z/h=0 ، کمترین مقدار تنش برشی نسبت به سایر حالات z/h برای هر دو سرعت است. همچنین افزایش طول شکاف باعث کاهش قدرت گردابه های طولی می گردد. با فاصله گرفتن شکاف از بستر، قدرت گردابه ها در بالادست پایه افزایش می یابد. در سرعت 6/0 متر بر ثانیه، بزرگی و قدرت گردابه ها در جوار بالادست پایه نوع z/h=1/6 , l/b=1 ، با فاصله گرفتن از بستر به میزان 75% نسبت به حالت z/h=0 , l/b=1 ، افزایش نشان می دهد. همچنین افزایش طول شکاف تا جایی که به اسکلت پایه صدمه نزد، باعث بهبود شرایط جریان می گردد. با افزایش l/b شکاف از یک به دو، در سرعت های 6/0 و 8/1 متر بر ثانیه به ترتیب 13% و 12% کاهش در عمق آبشستگی ایجاد می شود. شکاف با مشخصات l/b=2 , z/h=0 ، حالت بهینه به لحاظ میزان حداکثر عمق آبشستگی، نسبت به سایر حالات می باشد. در سرعت جریان 8/1 متر بر ثانیه، بیشینه تنش در طرفین پایه در ناحیه عرضی در حالت شکافدار l/b=2 , z/h=0، 72% کاهش نسبت به پایه ساده نشان می دهد. در سرعت جریان 8/1 متر بر ثانیه، به طور متوسط، شکاف l/b=2 , z/h=0، 30 درصد کاهش در بیشینه عمق آبشستگی نسبت به حالت پایه ساده ایجاد می کند. لذا این شکاف، حالت بهینه می-شود.

عوامل هیدرولیکی جریان نقش بسزایی در ایجاد فرسایش و تخریب سواحل رودخانه ها دارند . افزایش دبی باعث افزایش سرعت ، تنش برشی و گردابها گردیده که این خود سبب ایجاد آبشستگی در بستر و پای دیواره ها می گردد . با توسعه آب شستگی بستر و دیواره ها ، ارتفاع و شیب قرارگیری دیواره ها افزایش یافته و اثر نیروی ثقل موجب ریزش و تخریب آنها می گردد . از جمله روشهای حفاظت سواحل ، ساخت سازه هایی است که بر خطوط جریان تأثیر گذاشته و موجب انحراف آنها از دیواره ها به وسط رودخانه می گردد و یا با کاهش سرعت از شدت برخورد جریان با دیواره کاسته و قابلیت رسوب گذاری جریان را افزایش می دهند . ساخت انواع مختلف آب شکن ها از جمله این روشها می باشند .احداث آب شکن یکی از روشهای ساماندهی و کنترل فرسایش در رودخانه و تغییر آن به نحو مطلوب است . عمدتاً آب شکن ها بر دو نوع متخلخل و نفوذ ناپذیر می باشند . آب شکن های نفوذ ناپذیر عمدتاً پر هزینه بوده و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نمی باشند . آب شکن های نفوذ پذیر علاوه بر اینکه رژیم بستر را کمی تغییر می دهد ، در بعضی موارد مقاومت دلخواه را در برابر سرعت جریان و فرسایش دیواره رودخانه ندارد و نیز با مشکل نفوذ رسوبات به داخل بدنه ، تغییر مورفولوژی رودخانه و فرسایش دماغه مواجه هستند . در این رساله سعی شده است آب شکن مرکب بصورت نفوذ پذیر در پایین و نفوذ ناپذیر در بالا و برعکس، همچنین عملکرد آن در یک فلوم 6 متری و به عرض 75 سانتی متر و دیواره ازجنس پلکسی گلاس در شرایط آب زلال و بستر زنده و مطالعه مزایا و معایب آن در مقایسه با آب شکن های همگن مورد تحلیل قرار گیرد.

امروزه مبارزه با سیل از طریق روشهای مدیریت غیرسازه ای در حوزه های آبخیز و در مسیر رودخانه ها، مورد توجه فراوان قرار گرفته است که این امر بدون شناخت عوامل موثر در ایجاد آن یا عوامل تشدید کننده آن امکان پذیر نمی باشد.رودخانه کارون، یکی از پرآب ترین و طویلترین رودخانه های ایران می باشد که حوضه آبریز بزرگ آن در استانهای خوزستان، لرستان، چهارمحال و بختیاری و کهگیلویه و بویر احمد واقع می باشد. امید آن است که با اعمال برنامه های مدیریتی قوی، ضمن به حداقل رساندن آثار و تبعات زیانبار ناشی از وقوع سیلابهای طرح، با بهره برداری بهینه از این نعمت الهی، شرایط برای رونق بیش از پیش منطقه و حتی فرامنطقه ای نیز از طریق افزایش حمل و نقل کالا و گردشگری آبی فراهم گردد. امروزه استفاده ار مدل های ریاضی یک بعدی و دو بعدی برای مدل کردن جریان در رودخانه ها متداول است و تحقیقات زیادی در این زمینه انجام شده است در این تحقیق با استفاده از نرم افزار یک بعدی mike 11 و دو بعدی mike 21 کوپل این دو در محیط mike flood به بررسی پایه های پل و جزایر بر هیدرولیک جریان و پهنه بندی سیلاب کارون، اقدام شد. بعد از واسنجی داده های دبی و اشل مقدار ضریب زبری متوسط کارون 024/0 تخمین زده شد. بعد از بررسی تاثیر پایه های پل مشخص شد پل ها سطح آب بالادست را تا 20% برای دبی با دوره بازگشت 5 ساله افزایش میدهند. همچنین باعث افزایش سرعت و تنش برشی در مقطع پل تا 15% میشوند و شیب منحنی دبی اشل را تا 7 درصد افزایش میدهد. با بررسی لایروبی جزایر مشخص شد که این کار میتواند پتانسیل تخلیه سیلاب را تا 50% افزایش دهد. بررسی پهنه بندی سیلاب در شهر اهواز مشخص کرد که برای سیلاب ها با دوره بازگشت بیش از 10 سال باعث آبگرفتگی سواحل اطراف به ویژه ساحل سمت چپ کارون میشود و پیشنهاداتی برای کاهش خطر سیل ارائه شد.

با توجه به هزینه بالای پروژه های تهیه و توزیع آب، ضرورت و اهمیت طراحی اقتصادی و بهینه نمودن اینگونه شبکه ها به گونه ای که بتوان با صرف حداقل هزینه ها، کلیه محدودیت های مورد نظر در شبکه را ارضا نمود کاملاً روشن و آشکار بوده، از طرفی کارهای انجام شده قبلی در این زمینه هر کدام دارای مشکلات و نواقص خاص خود می باشد، لذا در این تحقیق جهت طراحی بهینه سیستم های شاخه ای تحت فشار روش برنامه ریزی خطی مختلط ارائه گردید. تابع هدف که باید کمینه گردد، شامل هزینه های خرید لوله ها و کارگذاری آنها در شبکه، تأسیسات ایجاد فشار و بهره-برداری سالانه می باشد. محدودیت های هیدرولیکی حاکم بر شبکه از قبیل محدودیت های سرعت در لوله ها و فشار در گره ها در بهینه-سازی شبکه اعمال گردیدند. علاوه بر موارد فوق، یکی از عوامل مخرب که گاهاً منجر به وقوع خسارت و تخریب یک سیستم انتقال و توزیع می شود، پدیده ضربه قوچ در خطوط لوله می باشد، لذا بررسی پدیده ضربه قوچ تحت عنوان یک محدودیت به مدل اضافه گردید. داده های ورودی مورد استفاده در مدل بهینه سازی شامل اطلاعات آرایش لوله ها در شبکه، افت هیدرولیکی برای هر لوله به ازای قطرهای موجود در بازار، قیمت واحد طول هر قطر لوله و هزینه ایستگاه پمپاژ بوده و داده های خروجی از مدل قطرهای بهینه برای خطوط لوله، هد فشاری مورد نیاز در ابتدای سیستم و هزینه کلی شبکه می باشند. برای ارزیابی رفتار مدل از چند مساله طراحی استفاده شد. مقایسه نتایج طراحی بهینه بدست آمده از روش برنامه ریزی خطی مختلط با جواب های حاصل از سایر روش ها نظیر روش تحلیلی، روش برنامه ریزی خطی، روش عددی و غیره، دقت و رفتار مناسب مدل پیشنهادی را نشان داد. پس از بررسی و ارزیابی مدل در مقیاس کوچک، از آن برای طراحی بهینه خطوط اصلی و نیمه اصلی یک شبکه آبیاری و زهکشی واقعی استفاده گردید. در سناریوی اول بهینه سازی شبکه بدون در نظر گرفته پدیده ضربه قوچ یک کاهش 12 درصدی در هزینه های خرید را نشان داد. در سناریوی دوم بهینه سازی بر اساس جریانات میرا و لحاظ نمودن فشار مازاد ناشی از پدیده ضربه قوچ انجام گرفت، در این حالت نیز یک کاهش 9 درصدی در هزینه های خرید بدست آمد.

فرسایش پدیده ای طبیعی است که از طریق ساییدگی بر اثر آب در حال جریان روی بستر صورت می گیرد.حوزه فرسایش می تواند سبب تخریب پایه پل شود بخصوص زمانیکه طغیان رود ویا سیلاب رخ می دهد.به همین دلیل شکل گیری و ایجاد فرسایش موضعی اطراف پایه های پل سالها ست که ذهن محققین را به خود مشغول نمونده و بررسی به این مهم،امری ضروری است. در این تحقیق به بررسی سه بعدی الگوی جریان در اطراف پایه استوانه ای شکل پل در یک محیط سه فازی که شامل رسوبات کف بستر ،سیال آب و هواباشد به کمک مدل عددی ansys(fluent) پرداخته شده است.پس از ترسیم پایه پل در نرم افزار و انتخاب مش بندی،مدل اغتشاشی و الگوی جریان مناسب اقدام به آنالیز جریان اطراف پایه های پل با اعمال تغییرات سرعت سیال،چگالی رسوبات کف بستر وقطر دانه بندی ذرات بستر شده است.هدف از این آنالیز آن بوده که این تغییرات تا چه حدی به کاهش عمق آبشستگی در اطراف پایه های پل کمک کرده تا بتوان راهکارهایی ارائه نمود و نهایتاً این نتایج حاصل شده که افزایش سرعت جریان افزایش عمق آبشستگی و افزایش چگالی رسوبات بستر،کاهش عمق آبشستگی را بهمراه خواهد داشت.البته افزایش قطر دانه بندی ذرات بستر،کاهش عمق آبشستگی را به صورت نامشهود به همراه خواهد داشت.

در دهه¬های اخیر تغییر آب و هوا، تغییر شرایط جریان و رسوب، گسترش زمینهای کشاورزی و مناطق شهری و تصرف در حریم رودخانه¬ها باعث تغییر در مرفولوژی رودخانه¬ها شده است. تغییر شکل رودخانه¬ها با فرسایش و رسوبگذاری همراه است که سبب آسیب رساندن به سازه¬های حاشیه¬ی رودخانه¬ها و تخریب زمینهای با ارزش کشاورزی می¬شود. این فرآیند در طول گسترده¬ای از ساحل رودخانه رخ می¬دهد که حفاظت سازه¬ای آن به دلیل بالا بودن هزینه¬ها عملا امکان پذیر نیست. امروزه استفاده از روش¬های زیست مهندسی (غیر سازه¬ای) به دلیل اقتصادی بودن و سازگاری با شرایط زیست محیطی، به طور فزآینده¬ای رو به گسترش است. نداشتن آگاهی از ویژگی¬های زیست فنی گونه¬های گیاهی از محدودیت¬های استفاده از روش¬های زیست مهندسی در ساماندهی سواحل رودخانه¬ها است. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر ریشه درختان در افزایش مقاومت برشی خاک و پایداری شیب سواحل رودخانه¬ها می¬باشد. در این مطالعه تعداد 12 پایه¬ی درختی از دو گونه ساحلی گز و پده در بازه¬ی نسبتا مستقیمی از رودخانه سیمره به صورت کاملا تصادفی انتخاب شدند. سامانه ریشه با روش مقطع پروفیل دایره¬ای در جهت شیب ساحل و جریان آبراهه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می¬دهد که با افزایش عمق، تعداد و نسبت سطح ریشه، ابتدا افزایش و سپس کاهش می¬یابد. بیشینه این روند برای گونه گز و پده به ترتیب در عمق 60-50 و 100-90 سانتی¬متری رخ می¬دهد. عمق نفوذ ریشه درختان پده بیشتر از درختان گز است. متوسط تعداد ریشه در افق¬های 10 سانتی¬متری برای گونه گز و پده به ترتیب 5/2 و1/4 و متوسط نسبت سطح ریشه 10/0 و 26/0 درصد می¬باشد. تعداد ریشه¬ها در ناحیه بالایی شیب و جریان برای هر دو گونه بیشتر از ناحیه پایینی است. متوسط نسبت سطح ریشه به جز برای گونه پده، آن هم در جهت شیب، در سایر موارد در ناحیه بالایی بیشتر از ناحیه پایینی است. رابطه مقاومت کششی با قطر ریشه به صورت تابع توانی منفی است. متوسط مقاومت کششی ریشه گونه گز و پده برابر 4/19 و 9/25 مگاپاسکال می¬باشد. مقدار افزایش مقاومت برشی خاک برای ریشه¬های 20-1 میلی¬متر درختان گز و پده به ترتیب؛ 3/12 و 12/24 کیلو پاسکال می¬باشد. ریشه درختان سبب افزایش ضریب پایداری شیب ساحل رودخانه می¬شود. برای سواحل با خاک¬ ماسه¬ای و شیب 1:4 تا 1:1 پایداری شیب برای گونه گز و پده به ترتیب؛ 5/19-3/7 و5/44-6/13 درصد افزایش می¬یابد. تاثیر ریشه درختان پده در پایداری شیب بیشتر از درختان گز می¬باشد. تاثیر ریشه در افزایش ضریب پایداری با افزایش شیب، افزایش و با افزایش ارتفاع ساحل، کاهش می¬یابد. در شرایط این تحقیق ریشه درختان در حالت افت سریع سطح آب در رودخانه¬، سبب افزایش 8/2 تا 3/18 درصدی ضریب پایداری شیب ساحل می¬شوند. هر اندازه مقدار افت بیشتر شود تاثیر ریشه¬ها کمتر می¬شود. نتیجه این پژوهش سبب افزایش آگاهی در مورد کاربرد روشهای زیست مهندسی خاک در ساماندهی سواحل رودخانه¬ها گردید.

شبکه¬های توزیع آب سیستم¬های تحت فشارند که آنالیز آنها یک فرآیند محاسباتی است که در آن به تعیین معیارهایی همچون هد،فشار و سرعت در داخل لوله¬ها پرداخته می¬شود.از قوانین حاکم بر شبکه¬های توزیع می¬توان به قانون بقای انرژی،قانون پایستگی و معادلات افت انرژی اشاره نمود.برای شبیه¬سازی رفتار هیدرولیکی و کیفی آب در پریودهای زمانی مختلف با درنظر گرفتن تمام اجزای شبکه نرم¬افزارهای قدرتمندی طراحی گردیده¬اند.دراین تحقیق دو نرم¬افزار متداول در طراحی و تحلیل شبکه¬های توزیع آب (mikenet و water gems) موردبررسی قرار گرفته وشبکه توزیع آب شهر فریدونشهر توسط آنها شبیه¬سازی گردیده است. پس از شبیه¬سازی شبکه مورد نظر با استفاده از پارامترهای موثر در مدلسازی،مدلها بر اساس نتایج حاصل از فشارسنجی و دبی سنجی وبر اساس الگوریتم ژنتیک مورد صحت¬سنجی قرار گرفته¬اند.سپس مناسب¬ترین ضریب زبری¬ها در هر دو نرم¬افزار انتخاب شده و مدل¬ها بر اساس ضریب زبری¬های حاصل از واسنجی تصحیح و نتایج نهایی (فشارها) بر روی نمودار رسم و با نتایج فشارسنجی¬ها مقایسه گردیده است. نتایج نشان می¬دهد که هر دو نرم¬افزار با دقت بالایی قادر به تحلیل هیدرولیکی شبکه مورد نظر هستند وفشارهای بدست آمده از مدلها با فشارهای اندازه¬گیری شده طی عملیات فشارسنجی تطابق بسیارخوبی دارند.همچنین گرافهای فشار وسرعت حاصله نشان دهنده قابلیت بالای مدل¬ها در ارزیابی کلیه مناطق شبکه ازلحاظ فشار وسرعت جهت بهره¬برداری واصلاح شبکه موجود می¬باشد. واژه¬های کلیدی: شبکه توزیع آب، mikenet ، watergems، الگوریتم ژنتیک، شبیه¬سازی ممتد(eps)

باندال¬ لایک¬ها نوعی از سازه¬های محلی هستند که در بنگلادش نزدیک به شبه قاره هند به منظور بهبود عمق جریان برای کشتی¬رانی در رودخانه¬های آبرفتی احداث می¬گردند. این سازه یک نوع جدید از آبشکن است که به صورت ترکیبی از یک آبشکن نفوذپذیر و نفوذناپذیر ساخته می شود. آبشستگی موضعی در دماغه این سازه، یکی از مسائل در طراحی می¬باشد که به علت تنگ¬ شدگی مقطع جریان و گردابه¬های قوی اتفاق می¬افتد. لذا تعیین عمق آبشستگی در طراحی این سازه بسیار مهم می¬باشد. در این مطالعه تأثیر درصد نفوذپذیری ( )، فاصله بین آبشکن¬ها ( ) و زاویه آبشکن نسبت به ساحل( ) بر روی حداکثر عمق آبشستگی در این¬گونه آبشکن¬ها مورد بررسی قرار گرفته ¬است. هدف از تحقیق حاضر بررسی در مورد تاثیر هندسه آبشکن نوع باندال لایک برروی الگوی فرسایش در شرایط غیر مستغرق می¬باشد. در ابتدا آزمایش¬هایی در خصوص تأثیر آبشکن صلب بر روی آبشستگی با در نظر گرفتن 4 دبی ، 3 زاویه و 1 ( : طول آبشکن که ثابت می باشد) صورت پذیرفت. در مجموع تعداد 12 سری آزمایش برای این قسمت انجام شد. سپس تأثیر نفوذپذیری، فاصله آبشکن و زاویه نسبت به ساحل در آبشکن¬های باندال لایک مورد بررسی قرار گرفت. عمق جریان و طول آبشکن در کلیه آزمایش¬ها ثابت در نظر گرفته شد. در این قسمت آزمایش¬ها با در نظر گرفتن سه زاویه قرارگیری آبشکن 60، 90 و 120 درجه نسبت به ساحل، سه نسبت فاصله به طول آبشکن 2 ، 5/2 و 3، چهار درصد نفوذپذیری 0%،30%، 45% و 64% و چهار مقدار دبی 21، 23 ، 25 و 27 لیتر بر ثانیه انجام شد. در مجموع تعداد 120 آزمایش در شرایط آب زلال برای این قسمت انجام شد. نتایج نشان داد که میزان آبشستگی در اطراف آبشکن¬های بسته به مراتب بیشتر از باندال لایک¬ها می¬باشد. در تمامی آزمایش¬ها حداکثر عمق آبشستگی اطراف آبشکن اول اتفاق می¬افتد. در زاویه 90 درجه بیشترین و زاویه 60درجه کمترین مقدار آبشستگی مشاهده شد. میزان حداکثر عمق آبشستگی نسبی در یک عدد فرود ثابت، در فاصله¬های مختلف تقریباً یکسان می¬باشند. از این¬رو می¬توان نتیجه گرفت که تاثیر فاصله در کاهش عمق آبشستگی در آبشکن نوع باندال لایک بسیار ناچیز است. همچنین با افزایش درصد نفوذپذیری در باندال لایک¬ها مقدار عمق آبشستگی نسبی کاهش می¬یابد. در یک زاویه ثابت با کاهش درصد بازشدگی، عرض چاله آبشستگی افزایش می¬یابد. بیشترین کشیدگی و عرض چاله مربوط به حالت نفوذپذیری 30% و زاویه 120 درجه و کمترین کشیدگی چاله مربوط به نفوذپذیری 64% و زاویه 90 درجه می¬باشد و کمترین عرض چاله مربوط به نفوذپذیری 64% و زاویه 90 درجه می¬باشد. همچنین پروفیل¬های طولی سرعت در اطراف سری باندال لایک¬ها در 3 حالت نفوذپذیری30%، 45% و 64% مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می¬دهد که این سازه به دلیل بخش نفوذناپذیر آن نقش مهمی در کنترل سرعت در کناره¬ها دارد. با افزایش درصد نفوذپذیری، شکل پروفیل-های سرعت تغییر می کند. واژه¬های کلیدی : آبشستگی آب زلال، آبشستگی موضعی، آبشکن باندال لایک، حفاظت ساحل رودخانه، درصد نفوذپذیری.

سرریز نیلوفری یکی از محدود سازه های جدای از بدنه سد می باشد که جهت تخلیه سیلاب از مخزن سد مورداستفاده قرار می گیرد و متشکل از یک دهانه قیف مانند و یک شفت عمودی و افقی است و از آن در محل هایی که امکان ساخت دیگر سرریزها موجود نباشد استفاده می شود. در این نوع سرریز برخلاف دیگر سرریزها سه نوع مولفه سرعت شعاعی، محوری و مماسی وجود دارد که عامل اصلی بروز پدیده مخرب گرداب مولفه سرعت مماسی هست زیرا باعث طولانی شدن مسیر حرکت آب و افت و نهایتاً کاهش بازده می شود. در این تحقیق به وسیله مدل فیزیکی سد و سرریز موجود در آزمایشگاه سازمان آب و برق استان خوزستان، تأثیر گرداب شکن های زاویه دار با چهار زاویه قائم، 15 درجه، 30 درجه و 45 درجه و همچنین با چهار آرایش متفاوت سهتایی، چهارتایی، پنجتایی و ششتایی بر روی میزان تغییرات ارتفاع آب درون مخزن سد در دبی های ثابت با انجام 170 آزمایش مختلف موردبررسی قرار گرفت. بر اساس آزمایش ها و بررسی های انجام شده نتایجی که از انجام این تحقیق به دست می آید به این ترتیب می باشد که نصب تیغه های گرداب شکن بر روی تاج سرریز باعث افزایش ضریب تخلیه شده و بیشترین افزایش در ضریب دبی در حالتی رخ می دهد که شش تیغه گرداب شکن که هرکدام از آن ها با افق زاویه 45 درجه می سازند بر روی تاج سرریز نصب شوند. میزان افزایش ضریب دبی در دبی ثابت 0.0057، در آرایش سه گرداب شکن 45 درجه 233 درصد، در آرایش چهار گرداب شکن 45 درجه 8/260 درصد، در آرایش پنج گرداب شکن 45 درجه 5/278درصد و در آرایش شش گرداب شکن 45 درجه 366 درصد نسبت به حالت مبنا بوده است

سد لاستیکی عبارت است از جسم استوانه ای خوابیده ای که در عرض کانال ها، رودخانه ها و تاج سدها قرار می گیرند و با هوا یا آب یا ترکیبی از هر دو پر می شوند.سدهای لاستیکی ممکن است با پرتاب کننده(deflector) یا بدون پرتاب کننده ساخته شوند.پرتاب کننده زائده لاستیکی است که بر روی بدنه سد در قسمت پایین دست سد نصب می شود وهدف از نصب پرتاب کننده جدا کردن تیغه آب از بدنه سد لاستیکی و جلوگیری از تماس مجدد آب با بدنه است. در این تحقیق سعی بر آن شده که سد¬ لاستیکی- بادی بابلسر توسط نرم افزار abaqus شبیه سازی شده و با بررسی مدلهای سد با زوایای دفلکتور 30، 45، 60 درجه و با ارتفاع دفلکتور 20، 25، 30 سانتیمتری و ارتفاع متفاوت بدنه سد، ژئومتری سد لاستیکی و دفلکتور آن بهینه سازی گردد.پس از تجزیه وتحلیل و مقایسه مدلهای متفاوت و نتایج هیدرولیکی آنها با مدل شبیه سازی شده که مورد صحت سنجی قرار گرفته، زاویه نصب 45 درجه وارتفاع 25 سانتی متر و ابعاد حدودی ارتفاع بدنه سد بین 8/2 تا 3/3 متر به عنوان بهینه ترین حالت طراحی بدنه سد انتخاب گردید.

پرش¬هیدرولیکی در حوضچه آرامش، از دیدگاه ماکروسکوپی، یک جریان ماندگار و متغیر ناگهانی است که با سطح جریان منقطع دوفازی و گرداب¬های قوی همراه است. پرش-هیدرولیکی بعنوان مستهلک¬کننده انرژی در پایین دست سرریزها، دریچه ها و تندآب ها استفاده می شود. اثر فشار¬های نوسانی ناشی از تلاطم در پرش می¬تواند قابل توجه باشد و باید در طراحی سازه مورد توجه قرار گیرد. همچنین این نوسانات می¬توانند با ایجاد حفره، فرسایش و لرزش موجب آسیب قابل توجهی در حوضچه آرامش شود. در این رساله به تعیین اثر زبری بر فشارهای هیدرودینامیکی در پرش هیدرولیکی نوع s در مقاطع واگرای ناگهانی پرداخته شده است. تعیین اثر زبری و نسبت¬های واگرایی در مقطع و شرایط ورودی جریان در پارامترهای بدون بعد انحراف معیار استاندارد نوسانات فشار و فشارهای حدی بررسی شده است. برای این منظور آزمایش¬ها در یک کانال نسبتا بزرگ به عرض 8/0 و طول 12 متر در حوضچه آرامش با نسبت¬های واگرایی 33/0، 5/0، 67/0 و 1 در محدوده اعداد فرود بین 0/2 تا 5/9 برای بستر صاف و زبر انجام شد. داده¬های فشار با استفاده از مبدل¬فشار با فرکانس نمونه-برداری 40 هرتز برداشت شده است. بر طبق نتایج به دست آمده، فشارهای دینامیکی نسبت به زمان به صورت سری زمانی متناوب می¬باشد و تغییرات طیفی چگالی انرژی در فرکانس¬های کمتر از 5 هرتز است. شدت نوسانات فشار در پرش هیدرولیکی وابسته به عدد فرود اولیه پرش و موقعیت نقطه مورد نظر نسبت به پنجه پرش است. حداکثر ضریب نوسانات فشار ( ) برای اعداد فرود بین4 تا 10 تقریباً نزدیک به محل پنجه پرش و برای پرش صاف در محدوده و در پرش زبر در محدوده رخ می¬دهد. عامل زبری در بستر حوضچه آرامش سبب کاهش شدت نوسانات فشار می¬شود. در پرش بر روی بستر زبر با نسبت¬های واگرایی 1، 67/0، 5/0 و 33/0 ضریب به ترتیب برابر با 20، 27، 46 و 58 درصد نسبت به پرش کلاسیک کاهش می¬یابد. در مقاطع واگرای ناگهانی به دلیل تشکیل گرداب¬های جانبی افت انرژی افزایش و شدت نوسانات فشار کاهش می¬یابد.

پیشرفت های اخیر در تکنولوژی، امکانات گسترده ای را برای ساخت سدهای بزرگ،مخازن وکانال ها بوجود آورده است.این پیشرفت ها لزوم توسعه طراحی و روش های ساخت را بخصوص برای سیستم هایی که بتوانند سیلاب کافی را تخلیه کنند ایجاب می نماید.شوت ها وسرریز ها برای عبور دادن دبی های زیاد از روی یک سازه هیدرولیکی (مثلا سد، لبریز انحرافی) بگونه ای طراحی میشوند که هیچگونه صدمه عمده ای به خود سازه و همچنین به محیط اطراف آن وارد نشود.در جریان آب از روی سرریز لازم است مقداری از انرژی بخاطر جلوگیری از صدمه زدن به پنجه سد و اطراف آن و نهایتا خود سد مستهلک شود.انرژی حاصل از جریان سرریز معمولا با روش های زیر مستهلک می گردد: 1-با کم کردن سرعت جریان آب از طریق جام پرتابی (یا از تاج سد) وپرتاب درون یک استخر پر از آب در پایین دست که شبیه به بالشتک آب عمل می کند. 2- احداث یک حوضچه آرامش استاندارد در پایین دست سرریز بطریقی که پرش هیدرولیکی بوجود آمده در آن بتواند مقدار قابل توجهی از انرژی را مستهلک نماید. 3- تعبیه تعدادی پله بر روی سرریز برای کمک به استهلاک انرژی کند. در این پایان نامه تعداد 54 مدل از سرریزهای پلکانی با ورق پلگسی گلاس 6 میلی متری ساخته و آزمایشات با 5 دبی (10-20-30-40-50 لیتر بر ثانیه در واحد عرض) و نیز 3 شیب(h/l) (30، 56/26 ،8/21 درجه) انجام گردید(جمعاً 275 آزمایش صورت گرفت). در مدل های فیزیکی با شیب یکسان، پارامتر متغییر تعداد پله ها(یا ارتفاع پله ها) بوده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهند که: 1-استفاده از عمق آب قبل از پرش هیدروایکی در پایین دست سرریز جهت تعیین افت انرژی، باعث برآورد بیشتر(غیرواقعی) افت انرژی نسبی می گردد. در واقع با ورود حباب های هوا به داخل جریان، از میزان تنش برشی کاسته شده و باعث افزایش حجم جریان می شود که اندازه گیری عمق جریان را با خطا روبرو می سازد. 2- با مشاهدات مدل سازی انجام شده مشخص گردید که با افزایش دبی جریان در تمام تعداد پلکانها از میزان افت انرژی نسبی در طول سرریز کاسته می شود. 3- در این تحقیق مشخص شد که اگر چنانچه پارامتر های موثر در افت نسبی انرژی را درمطالعات در نظر بگیریم می توان از تأثیر رژیم جریان ریزشی و غیر ریزشی صرف نظر نمود.این مسئله با توجه به نتایج سایر محققان و همچنین سلماسی (1383) نیز تأیید می شود ، و لذا می توان یک منحنی پیوسته را برای هر دو نوع رژیم جریان برازش داد . 4 - با افزایش تعداد پله ها تا حد معینی شاهد افزایش افت انرژی نسبی در سرریزها بودیم ، اما اگر چنانچه این تعداد از حد معینی تجاوز کند ، که این حدود در تحقیقات چانسون و راجاراتنام نیز آمده است ، اثر مثبت آن از بین می رود زیرا با افزایش تعداد پله ها و کاهش ارتفاع پله ها در واقع اندازه زبری کاهش یافته و پله ها زودتر در زیر آب مستغرق می شوند ، و در نتیجه اثر زبری آنها کاهش می یابد ، در ضمن جریان های چرخشی کوچکتری نیز در زیر بستر کاذب ایجاد می شود که در نتیجه اثر آنها را کاهش می دهد . 5- با توجه به نمودارهای ارائه شده در فصل ششم این پایان نامه، تعداد بهینه پلکان به ازاء مقادیر مختلف پارامتر بدون بعد yc/h و عدد فرود به گونه ای مشخص گردید که حداکثر مقدار افت انرژی نسبی، صورت گرفته باشد. همچنین مشخص گردید که با افزایش مقدار پارامتر yc/h و عدد فرود حداکثر افت انرژی صورت گرفته در تعداد پلکان بالاتری اتفاق افتاده است . همچنین با بررسی تاثیر شیب بر تعداد بهینه پلکان مشخص گردید که با افزایش شیب سرریز، حداکثر افت انرژی صورت گرفته در تعداد پلکان کمتری صورت خواهد گرفت.

معادله دینامیکی توازن جرمی در قالب رابطه انتقال-پخش (ade) اساس مدل سازی کیفی، انتقال آلودگی و رسوبات در آب می باشد. از آن جایی که برای حالت کلی معادله دیفرانسیل پاره ای انتقال-پخش، راه حل تحلیلی وجود ندارد، بمنظور مدل سازی فرآیندهای انتقال آلودگی و رسوبات در سیستم های رودخانه ای باید این معادله بشکل عددی حل شود. نظر به این که این مدل معمولاً یک راه حل تخمینی برای معادلات مشتق جزئی ارائه می دهند، دقت، پایداری و انعطاف پذیری راه حل بسیار اهمیت می یابد. در این تحقیق به منظور بررسی تأثیر استفاده از الگوهای مختلف عددی در حل معادله ade، از چند روش حل عددی برای تخمین دقیق غلظت آلاینده های مانند bod، nh3 و رسوبات معلق بهره گرفته شده است. این الگوهای عددی بعنوان چند زیربرنامه به مدل اصلی هیدرودینامیکی و کیفی faster افزوده شدند. این الگوها عبارتند از: الگوی تفاضل مرکزی صریح، الگوی تفاضل پیشرو صریح، الگوی مک کورمک، الگوی تفاضل مرکزی ضمنی، الگوی تفاضل پیشرو ضمنی و الگوی بکار رفته در مدل faster برای حل ade. معادله ade همچنین شامل پارامترهای تجربی نیز می باشد که باید در چنین مدل های ریاضی وارد شوند. این پارامترها عبارتند از ضریب پخشیدگی طولی (dl) و ترم منبع (st). برای این پارامترهای تجربی روابط زیادی در مطالعات پیشین ارائه شده است. هدف دیگر این تحقیق، بررسی مقدار تأثیر این پارامترهای تجربی در دقت پیش بینی معادله در مقایسه با بکارگیری الگوهای مختلف حل عددی است. در تحقیقات پیشین مدل faster برای بازه ملاثانی تا فارسیات رودخانه کارون در مدل سازی انتقال آلودگی و رسوبات مورد واسنجی و صحت سنجی قرار گرفت. در این مطالعه از بهترین پارامترهای تجربی معرفی شده در مطالعات پیشین در مدل سازی استفاده شده است. به این ترتیب که مدلی توسعه داده شد و در آن از این پارامترهای تجربی استفاده شد و برای آنالیز حساسیت مدل نسبت به روش های حل عددی مختلف ade، الگوهای مختلف برای حل اجرا شد. با مقایسه نتایج مدل سازی هرماده با مقادیر مشاهداتی مربوط به آن، خطای الگوهای مختلف با استفاده از پارامترهای آماری تعیین شد و با مقایسه بین خطاهای ناشی از هر الگو، بهترین روش حل که دارای کمترین خطا بود، تعیین شد. اختلاف خطای مدل سازی با الگوهای مختلف، کم و حداکثر 6% بود. بهترین الگوی عددی در مدل سازی bod، nh3 و رسوبات، الگوی بکار رفته در مدل faster بود. سپس برای آنالیز حساسیت مدل نسبت به پارامترهای تجربی، در هر مرحله مقدار تنها یکی از این پارامترها در بهترین مدل معرفی شده، تغییر داده شد. نتایج آماری خطاهای مدل سازی نشان داد که تغییر روابط تجربی، افزایش قابل ملاحظه ای در خطای مدل ایجاد می کند و در مجموع تأثیر ضرایب تجربی در افزایش دقت مدل سازی بسیار بیشتر از تأثیر الگوهای عددی می باشد.

حدود نیم قرن است که تحقیقات در مورد استفاده از جت ها برای تخلیه پساب در محیط پذیرنده به نحوی که کمترین زیان را برای محیط زیست داشته باشد شروع شده است. در این زمینه مسیر حرکت جت از اهمیت خاصی برخوردار است. به صورتی که در بعضی از کشورهای پیشرفته مشخص کردن آن در هنگام طراحی اجباری شده است. در بسیاری از موارد جت چگال به صورت افقی در رودخانه تخلیه می شود، که در این صورت منحنی پرتابه جت به صورت سه بعدی خواهد بود. در بسیاری از این موارد امکان تخلیه جت با زاویه 90 درجه نسبت به جریان پذیرنده وجود ندارد. از این رو تصمیم گرفته شد تا تأثیر زاویه حمله جت در پلان بر طول اختلاط و منحنی پرتابه جت مورد بررسی قرار گیرد. برای نیل به این هدف متغیرهای نهایی با توجه به آنالیز ابعادی زاویه حمله جت، نسبت دبی جت به جریان پذیرنده و درصد اختلاف چگالی در نظر گرفته شدند. با توجه به محدودیت های مدل فیزیکی امکان انجام 4 زاویه، 2 نسبت دبی و 3 اختلاف چگالی به وجود آمد. در ادامه نتایج به دست آمده از این آزمایشات شرح داده شده اند. همانطور که انتظار می رفت منحنی پرتابه جت های سه بعدی نیز از یک معادله توانی تبعیت می کند. مشخص شد که جریان در صفحه مومنتم مانند رژیم mdnf (momentum dominated near field) رفتار می کند در صورتی که جریان در صفحه شناوری از دو رژیم مجزای mdnf و bdnf (buoyancy dominated near field) تشکیل می شود. برای تمایز این دو رژیم، از شاخص طولی جت-پلوم وبرای نرمال سازی منحنی پرتابه از lm* در mdnf و از lb در bdnf استفاده شد. از بررسی نتایج مشخص شد که منحنی پرتابه جت در mdnf در صفحه مومنتم از قانون توانی 1/2 تبعیت می کند و به زاویه حمله جت وابسته می باشد و بر خلاف انتظار نیز مشاهده شد که منحنی پرتابه جت در صفحه شناوری هم در bdnf و هم در mdnf به زاویه حمله جت بستگی دارد و قانون توانی حاکم بر آن ها برای زوایای متفاوت تفاوت می کند. در مورد طول اختلاط نیز، با توجه به نتایج آنالیز ابعادی طول اختلاط نسبت به l_mv/l_b و ∝ رسم گردید ولی همبستگی مناسبی میان طول اختلاط جت و پارامترهای ذکر شده به دست نیامد. این مسئله می تواند به دلیل خطای بالای برداشت نقاط انتهایی فلاکس جت باشد. از این رو پیشنهاد می گردد که طول اختلاط جت از محاسبات منحنی پرتابه جت محاسبه شود.